声光调制器及其典型应用
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度
理想调频曲线τr时间内产生的频偏
激光雷达非线性校正原理图
谢 谢！
声光调制器测声速示意图
2.测声速
• f n 2vds ，n 1则 vs 2df ，
• d确定后，f为常数，f由频率计 计算。精度与d和 f 的精度以及
介质的衍射效率均有关。相对 误差在0.1%到2%之间。与声速 大小有关，声速越大，相对误 差越大
• 缺点：只能测透明介质中的声 速
声光调制器及其典型应用
姓名： 学号：
声光调制器
声光调制器测声速
声光调制器在激光雷达 测距中用于非线性校正
1.原理简介
• 声光效应： • 超声波通过介质时会造成介质的局部压缩和伸长而产生弹
性应变
• 折射率n也呈现周期性变化，介质形成一个光栅 • 光通过这一受到超声波扰动的介质时就会发生衍射
• 常把控制激光束强度变化的声光器件称作声光调制器 AOM，利用声光效应亦可以制成光束偏转器件。
理想ωr和实际的ωbint比较 理想调频曲线τr时间内产生的频偏
3.激光雷达非线性校正
• 经证实，这个系统对5THz以上，扫描频率为5MHz/μs的激光信号， 校正后的残余非线性小于1MHz。
• 在数米的测量范围内精度为小于100μm。
• 注意到 r的大小与校正的精度和闭环反馈控制的效率有关， r 太大校正 精度会降低，过小则影响控制的执行效率。 r 的精度直接影响测量精
• 成品：超声光栅声速仪
声光调制器测声速示意图
超声光栅测速仪实物图 产品成熟，廉价，但不适合高精度测量
3.激光雷达非线性校正
系统采用闭环负反馈 控制激光器来实现非 线性校正。激光器的 光束分成两路，一路 用于目标测量，另一 路用于非线性校正。 而测量路继续分成两 路，其中一路直接探 测目标，与另一路有 一相对固定的光程差， 二者干涉叠加后被光 电探测器接受，使之 产生一个电压信号Vs (t) 。
激光雷达非线性校正原理图
3.激光雷达非线性校正
• 非线性校正部分采用一个延时自差光纤干涉仪，简而言之，就是在干 涉仪的一路中放置一个声光调制器，以消除干涉信号中的直流干扰。
干涉信号是一个拍频，其角频率bint r AOM ，式中， 为调频斜率，
r 为光学延迟线带来的延时。数字鉴相器将 bint 与理想的参考角频率r 比较，产生误差信号error，error经放大后反馈到激光器的调制电流和 压电陶瓷，用以校正调频斜率 。
1.原理简介
• 声光调制器： • 电-声-光
• 两种衍射。由 于拉曼-奈斯型 衍射效率较低， 通常采用布拉 格型衍射
1.原理简介
• 布拉格衍射角为：
sin( d ) d
0
vs
fs
• 一级光衍射效率η1
1
I1 IT
sin 2 ( ) sin 2 ( K1
Pa )
2
• 其中 2LM 2 Pa
0
H
1
sin 2 ( K1V
)
布拉格衍射示意图
1.原理简介
• 分类： • 自由空间、光纤耦合
• 参数指标： • 消光比（大于1000:1） • 衍射效率（最大90%，
个别95%） • 调制带宽（几M到数百
MHz）
ห้องสมุดไป่ตู้超高衍射效率型自 由空间声光调制器
2.测声速
•
声波形成驻波的条件d
m
s
2
，根据s
vs 有 fs
fs
m vs 2d
• 当 d 为确定值时, 可以在声光介质中形成不同频率的驻波振动, fs 大 小和 m 值有关.当激光束以垂直声场方向入射时, 将产生喇曼 - 纳斯 型衍射。
• 在声光器件中换能器的频率响应带宽Δf范围内, 调节频率 fs 大小, 能找到多个与衍射最强相对应的 fs 值, 而在两个衍射最强点之间有 暗区间的过渡。因此, 可通过对衍射光点亮暗变化的辨别, 来判断 m 值的变化。
理想调频曲线τr时间内产生的频偏
激光雷达非线性校正原理图
谢 谢！
声光调制器测声速示意图
2.测声速
• f n 2vds ，n 1则 vs 2df ，
• d确定后，f为常数，f由频率计 计算。精度与d和 f 的精度以及
介质的衍射效率均有关。相对 误差在0.1%到2%之间。与声速 大小有关，声速越大，相对误 差越大
• 缺点：只能测透明介质中的声 速
声光调制器及其典型应用
姓名： 学号：
声光调制器
声光调制器测声速
声光调制器在激光雷达 测距中用于非线性校正
1.原理简介
• 声光效应： • 超声波通过介质时会造成介质的局部压缩和伸长而产生弹
性应变
• 折射率n也呈现周期性变化，介质形成一个光栅 • 光通过这一受到超声波扰动的介质时就会发生衍射
• 常把控制激光束强度变化的声光器件称作声光调制器 AOM，利用声光效应亦可以制成光束偏转器件。
理想ωr和实际的ωbint比较 理想调频曲线τr时间内产生的频偏
3.激光雷达非线性校正
• 经证实，这个系统对5THz以上，扫描频率为5MHz/μs的激光信号， 校正后的残余非线性小于1MHz。
• 在数米的测量范围内精度为小于100μm。
• 注意到 r的大小与校正的精度和闭环反馈控制的效率有关， r 太大校正 精度会降低，过小则影响控制的执行效率。 r 的精度直接影响测量精
• 成品：超声光栅声速仪
声光调制器测声速示意图
超声光栅测速仪实物图 产品成熟，廉价，但不适合高精度测量
3.激光雷达非线性校正
系统采用闭环负反馈 控制激光器来实现非 线性校正。激光器的 光束分成两路，一路 用于目标测量，另一 路用于非线性校正。 而测量路继续分成两 路，其中一路直接探 测目标，与另一路有 一相对固定的光程差， 二者干涉叠加后被光 电探测器接受，使之 产生一个电压信号Vs (t) 。
激光雷达非线性校正原理图
3.激光雷达非线性校正
• 非线性校正部分采用一个延时自差光纤干涉仪，简而言之，就是在干 涉仪的一路中放置一个声光调制器，以消除干涉信号中的直流干扰。
干涉信号是一个拍频，其角频率bint r AOM ，式中， 为调频斜率，
r 为光学延迟线带来的延时。数字鉴相器将 bint 与理想的参考角频率r 比较，产生误差信号error，error经放大后反馈到激光器的调制电流和 压电陶瓷，用以校正调频斜率 。
1.原理简介
• 声光调制器： • 电-声-光
• 两种衍射。由 于拉曼-奈斯型 衍射效率较低， 通常采用布拉 格型衍射
1.原理简介
• 布拉格衍射角为：
sin( d ) d
0
vs
fs
• 一级光衍射效率η1
1
I1 IT
sin 2 ( ) sin 2 ( K1
Pa )
2
• 其中 2LM 2 Pa
0
H
1
sin 2 ( K1V
)
布拉格衍射示意图
1.原理简介
• 分类： • 自由空间、光纤耦合
• 参数指标： • 消光比（大于1000:1） • 衍射效率（最大90%，
个别95%） • 调制带宽（几M到数百
MHz）
ห้องสมุดไป่ตู้超高衍射效率型自 由空间声光调制器
2.测声速
•
声波形成驻波的条件d
m
s
2
，根据s
vs 有 fs
fs
m vs 2d
• 当 d 为确定值时, 可以在声光介质中形成不同频率的驻波振动, fs 大 小和 m 值有关.当激光束以垂直声场方向入射时, 将产生喇曼 - 纳斯 型衍射。
• 在声光器件中换能器的频率响应带宽Δf范围内, 调节频率 fs 大小, 能找到多个与衍射最强相对应的 fs 值, 而在两个衍射最强点之间有 暗区间的过渡。因此, 可通过对衍射光点亮暗变化的辨别, 来判断 m 值的变化。